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JP5198000B2 - 電解質・電極接合体及びその製造方法 - Google Patents

電解質・電極接合体及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成され、好適には、１組のセパレータ間に介装されて燃料電池の単セルを構成する電解質・電極接合体及びその製造方法に関する。
燃料電池の１種として、固体酸化物電解質（以下、単に「固体電解質」と表記することもある）がアノード側電極とカソード側電極とで挟まれた形態の電解質・電極接合体が１組のセパレータ間に介装されることで構成される単セルを有する、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている。ＳＯＦＣでは、例えば、カソード側電極で酸素が電離することによって酸化物イオン（Ｏ２−）が生じ、このＯ２−が固体電解質内をアノード側電極に向かって移動する。
従って、ＳＯＦＣでは、発電反応を速やかに促進させるべく、電解質・電極接合体をイオンが容易に移動し得ること、換言すれば、電解質・電極接合体のオーム抵抗等が小さくコンダクタンス（抵抗値の逆数）が高いことが希求される。例えば、固体電解質膜を最初に作製し、この固体電解質膜を基板として各端面にアノード側電極又はカソード側電極を設ける電解質支持型の電解質・電極接合体（ＥＳＣ）では、コンダクタンスを向上させるべく、固体電解質膜の厚みを小さくすることが試みられている。
しかしながら、この場合、固体電解質膜の強度が小さいので、ＳＯＦＣに高応力が作用すると、電解質・電極接合体が破損する懸念がある。このため、ＥＳＣでは、固体電解質の厚みを２００μｍ以上として強度を確保することが一般的である。このように、ＥＳＣでは、コンダクタンスの向上と強度の確保とがいわゆるトレードオフの関係にあり、両立は困難である。
そこで、特許文献１では、薄板状固体電解質膜に補強リブを設けることが提案されている。すなわち、固体電解質膜を薄板とすることで該固体電解質層のオーム抵抗を低減するとともに、補強リブで電解質・電極接合体の強度を確保することを試みている。
特開２００３−３４６８４２号公報
上記したように、電解質・電極接合体のコンダクタンスを向上させるには、固体電解質の厚みを小さくすることが一般的である。しかしながら、コンダクタンスを低下させる要因は固体電解質のオーム抵抗に限らず、例えば、固体電解質とカソード側電極との界面抵抗等、他にも多くの要因がある。このため、固体電解質の厚みを小さくするのみでは、コンダクタンスが予測値を下回る場合もある。しかも、この場合、電解質・電極接合体の強度が小さくなる。
なお、特許文献１には、電解質膜の厚みが具体的に記載されておらず、このため、該特許文献１に記載された電解質・電極接合体のコンダクタンスが如何なる程度であるのかも今ひとつ明確ではない。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、コンダクタンスが十分に向上し、しかも、強度も確保された電解質・電極接合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体であって、
前記固体電解質における前記アノード側電極に臨む側の端面、又はカソード側電極に臨む側の端面の少なくともいずれか一方に、厚肉部と、前記厚肉部に比して厚みが小さい薄肉部とが設けられ、
前記厚肉部の厚みが、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、
さらに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極は、前記薄肉部に対応する箇所が陥没することにより凹部を有し、
単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２であることを特徴とする。
この電解質・電極接合体では、厚肉部によって強度が確保される。また、肉厚が小さい薄肉部が存在することによってコンダクタンスが大きくなる。これにより、優れた強度を有し、且つ十分なコンダクタンスを示す電解質・電極接合体を構成することができる。
そして、単位面積当たりのコンダクタンスの算出値を２〜３０Ｓ／ｃｍ2の範囲内とすることで、該電解質・電極接合体を具備するセル、例えば、ＳＯＦＣの効率が確保される一方、強度が確保される。
すなわち、本発明では、単位面積当たりのコンダクタンスの算出値を規定することで、効率に優れるとともに作製が容易な電解質・電極接合体を構成することができる。
なお、固体電解質中に薄肉部が占める面積割合は、固体電解質の表面積の９０％以内であることが好ましい。９０％を超えるように薄肉部を設けると、固体電解質の強度が小さくなる。
ここで、固体電解質の表面積は、薄肉部が存在しないものとして、その平面寸法から算出される。例えば、固体電解質の形状が正方形又は長方形の場合には縦方向寸法×横方向寸法、円形の場合には半径×半径×円周率を計算すればよい。また、薄肉部の面積も固体電解質の表面積と同様に、その平面寸法から算出される。
厚肉部の厚みは、例えば、６０〜５００μｍに設定することができる。厚肉部が６０μｍ未満では、固体電解質の強度を確保することが容易でなくなる。また、固体電解質を作製することも容易ではない。一方、５００μｍを超える厚みであると、加工量が多くなるとともに、コンダクタンスを向上させることが容易でなくなるために十分な発電効率を得ることも容易でなくなる。
そして、薄肉部の厚みは、最小で５μｍとすることが可能である。
薄肉部の形成位置は特に限定されるものではないが、アノード側電極に臨む側の端面に設けることが好ましい。ここで、アノード側電極は、薄肉部をすべて充填した上で平坦面を設けるようにして形成してもよいし、薄肉部に対応して凹部を設けるようにして形成してもよい。後者の場合、アノード側電極にも陥没が形成されるので、該アノード側電極で発生した水蒸気を容易に排出することができる。しかも、アノード側電極の電極面積が大きくなることに伴って燃料ガスとの接触面積が大きくなるので、反応効率が向上する。
場合によっては、固体電解質と、カソード側電極又はアノード側電極の少なくともいずれか一方との間に中間層を設けるようにしてもよい。この場合、中間層が反応防止層として機能するので、例えば、電解質・電極接合体の作製時に固体電解質と電極とが反応することを回避することができる。
また、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
固体電解質となる材質の粉末を圧縮成形することで固体電解質を作製する工程と、
前記固体電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けるとともに残余の部位を厚肉部とした後に焼成処理を行うか、又は、前記固体電解質を焼成処理した後に該固体電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とする工程と、
前記厚肉部に比して厚みが小さいアノード側電極を前記固体電解質の一端面に設ける一方、前記厚肉部に比して厚みが小さいカソード側電極を前記固体電解質の残余の他端面に設けるとともに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成する工程と、
を有し、
電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記固体電解質の材質、厚肉部と薄肉部の厚み、前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする。
このようにして、薄肉部と厚肉部とが存在する固体電解質を具備するＥＳＣを容易に作製することができる。
固体電解質は、シート体から設けることもできる。すなわち、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
固体電解質となる材質の粉末をシート状に成形することでシート体を作製する工程と、
前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体電解質を設ける工程と、
前記固体電解質に対して焼成処理を施す工程と、
アノード側電極を前記固体電解質の一端面に設ける一方、カソード側電極を前記固体電解質の残余の他端面に設ける工程と、
を有し、
前記シート体の少なくとも１枚の一端面を陥没させるか、前記固体電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とした後に前記焼成処理を行うとともに、前記アノード側電極及び前記カソード側電極を、前記厚肉部に比して厚みを小さくし、且つ前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成し、
電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする。
このように、シート体又は固体電解質に陥没部を設け、その後に焼成処理を施すことで、薄肉部と厚肉部とが存在する固体電解質を作製することができる。
シート体を用いる場合においても、固体電解質に対して焼成処理を施した後に陥没部（薄肉部）を設けるようにしてもよい。すなわち、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
固体電解質となる材質の粉末をシート状に成形することでシート体を作製する工程と、
前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体電解質を設ける工程と、
前記固体電解質に対して焼成処理を施す工程と、
アノード側電極を前記固体電解質の一端面に設ける一方、カソード側電極を前記固体電解質の残余の他端面に設ける工程と、
を有し、
前記固体電解質を焼成処理した後に該固体電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とするとともに、前記アノード側電極及び前記カソード側電極を、前記厚肉部に比して厚みを小さくし、且つ前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成し、
電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記固体電解質の材質、厚肉部と薄肉部の厚み、前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする。
以上の製造方法においては、例えば、機械加工で薄肉部が形成されるが、造孔剤を使用して薄肉部を形成するようにしてもよい。すなわち、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
固体電解質となる材質の粉末の少なくとも一端面に造孔剤を埋設した後に圧縮成形することで固体電解質を作製する工程と、
前記固体電解質に焼成処理を行って前記造孔剤を消失させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とする工程と、
前記厚肉部に比して厚みが小さいアノード側電極を前記固体電解質の一端面に設ける一方、前記厚肉部に比して厚みが小さいカソード側電極を前記固体電解質の残余の他端面に設けるとともに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成する工程と、
を有し、
電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記固体電解質の材質、厚肉部と薄肉部の厚み、前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする。
さらに、上記と同様にシート体を用いて固体電解質を作製するようにしてもよい。すなわち、本発明は、アノード側電極とカソード側電極とで固体電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
固体電解質となる材質の粉末をシート状に成形することで複数枚のシート体を作製するとともに、前記シート体の少なくとも１枚を、造孔剤を添加したものとして得る工程と、
前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体電解質を設ける工程と、
前記固体電解質に対して焼成処理を施して前記造孔剤を消失させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とする工程と、
前記厚肉部に比して厚みが小さいアノード側電極を前記固体電解質の一端面に設ける一方、前記厚肉部に比して厚みが小さいカソード側電極を前記固体電解質の残余の他端面に設ける工程と、
を有し、
前記厚肉部の厚みを、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、さらに、電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記固体電解質の材質、厚肉部と薄肉部の厚み、前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする。
造孔剤としては、カーボンや樹脂製のものが使用される。この種の造孔剤は、加熱によって燃焼することで除去され、除去された箇所には穴部が残存する。このように穴部を設けることによっても、薄肉部を設けることができる。
造孔剤を用いる場合、陥没部を設けるための機械加工等が不要となる。従って、薄肉部と厚肉部を有する固体電解質を効率よく作製することができる。
本発明によれば、電解質・電極接合体を構成する固体電解質に厚肉部と薄肉部を設け、厚肉部で強度を確保する一方、薄肉部でコンダクタンスを向上させるようにしているので、優れた強度を有し、且つ十分なコンダクタンスを示す電解質・電極接合体を構成することができる。
また、電解質・電極接合体として単位面積当たりのコンダクタンスを設定するようにしているので、電解質の単位面積当たりのコンダクタンスのみを考慮して電解質・電極接合体を作製した場合のように、コンダクタンスが予測値を下回ることが回避される。
以下、本発明に係る電解質・電極接合体及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、ＳＯＦＣを構成する単位セル１０の要部概略縦断面図である。この単位セル１０は、酸化物イオン（Ｏ2-）伝導体からなる固体電解質１２がアノード側電極１４とカソード側電極１６との間に配設されて構成された電解質・電極接合体１８が、１組のセパレータ２０ａ、２０ｂ間に介装されることによって構成される。
セパレータ２０ａ、２０ｂの各々には、アノード側電極１４又はカソード側電極１６から離間するように陥没した第１溝２４、第２溝２６が複数形成されている。第１溝２４はアノード側電極１４に燃料ガスを供給するための流通路として使用され、一方、第２溝２６はカソード側電極１６に酸化剤ガスを供給するための流通路として使用される。
ここで、固体電解質１２におけるアノード側電極１４を臨む側の端面の平面図を図２に示す。図１及び図２から諒解されるように、この端面には、複数個の円柱状凹部３０が陥没形成されている。従って、固体電解質１２には、アノード側電極１４との当接面からカソード側電極１６の当接面に至るまで延在する厚肉部３２と、カソード側電極１６の当接面から円柱状凹部３０に至るまで延在し且つ前記厚肉部３２に比して厚みが小さい薄肉部３４とが存在する。
厚肉部３２の厚みは、ＥＳＣにおける固体電解質の一般的な厚み、具体的には、６０〜５００μｍに設定することができる。なお、厚肉部３２の厚みが６０μｍ未満である固体電解質は、作製することが容易ではない。また、厚肉部３２の厚みを５００μｍ超とすると、薄肉部３４を設けることが容易でなくなるとともに、コンダクタンスを向上させて十分な発電効率を得ることも容易でなくなる。
一方、薄肉部３４の厚みは、厚肉部３２に比して小さければよく、最小で５μｍとすることも可能である。
薄肉部３４が占める面積は、固体電解質１２の表面積の９０％以内であることが好ましい。ここで、固体電解質１２の表面積は、図２に示される縦方向寸法ａ×横方向寸法ｂから算出される値、すなわち、平面寸法に基づく算出値である。
また、薄肉部３４の面積も、平面寸法に基づいて算出すればよい。すなわち、図２における円柱状凹部３０の半径ｒの値を測定し、半径ｒ×半径ｒ×円周率πを算出して、円柱状凹部３０の個数を乗じる。そして、下記の式（１）で求められる薄肉部占有面積率が９０％以下であればよい。
薄肉部占有面積率
＝｛ｎ×（半径ｒ×半径ｒ×円周率π）／（縦方向寸法ａ×横方向寸法ｂ）｝×１００ …（１）
ここで、ｎは、円柱状凹部３０の個数である。
固体電解質ないし薄肉部が他の形状である場合にも、平面寸法に基づいて算出すればよい。例えば、図３〜図６に示すように円形状の固体電解質３６の場合、半径を測定して、半径×半径×円周率の値を算出すればよい。
なお、厚肉部３２の厚みは、アノード側電極１４及びカソード側電極１６に比して大きく設定される。すなわち、電解質・電極接合体１８は、後述するように、固体電解質１２が最初に作製され、この固体電解質１２の各端面にアノード側電極１４及びカソード側電極１６が設けられるＥＳＣである。
固体電解質１２の材質としては、ＳＯＦＣの固体電解質として従来から用いられているものを選定すればよい。具体的には、安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウム（ＹＤＣ）等が例示される。
本実施の形態において、アノード側電極１４は、厚肉部３２と薄肉部３４の双方に形成されている。このため、アノード側電極１４は、固体電解質１２の薄肉部３４（円柱状凹部３０）に対応する箇所が陥没した形態となっている。
以上のように構成された電解質・電極接合体１８は、単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜３０Ｓ／ｃｍ2に設定される。２Ｓ／ｃｍ2未満では、ＳＯＦＣに対する燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量から求められる効率が３０％を下回る。また、３０Ｓ／ｃｍ2を超えると、薄肉部３４が占める部位が過度に多くなるので固体電解質１２、ひいては電解質・電極接合体１８の強度が低下する傾向にある。電解質・電極接合体１８の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値のより好ましい範囲は、５〜２５Ｓ／ｃｍ2である。
ここで、電解質・電極接合体１８の単位面積当たりのコンダクタンスの算出は、一般的には下記のようにして求められる。
単位面積当たりのコンダクタンス＝コンダクタンス／面積 …（２）
コンダクタンスは抵抗の逆数であるから、次の式（３）が成り立つ。
コンダクタンス＝１／抵抗 …（３）
従って、電解質・電極接合体１８の単位面積当たりのコンダクタンスは、次の式（４）によって求められる。
単位面積当たりのコンダクタンス＝１／（抵抗×面積） …（４）
本実施の形態においては、固体電解質１２、アノード側電極１４、カソード側電極１６、後述する中間層５０が存在する場合にはこの中間層５０を含めて電解質・電極接合体１８が構成されるとする。すなわち、電解質・電極接合体１８を構成する各層１２、１４、１６、５０の抵抗を考慮して電解質・電極接合体１８のコンダクタンスを算出する。この場合、電解質・電極接合体１８の抵抗は、各層１２、１４、１６、５０の抵抗の総和であるので、上記式（４）は、次の式（５）に変形することができる。
電解質・電極接合体１８の単位面積当たりのコンダクタンス
＝１／（電解質・電極接合体１８を構成する各層の抵抗の総和×電解質１２の面積）
＝１／｛（電解質１２の抵抗＋アノード側電極１４の抵抗＋カソード側電極１６の抵抗＋中間層５０の抵抗）×電解質１２の面積｝ …（５）
上記式（５）における各層の抵抗は、例えば、固体電解質１２の場合、次の式（６）によって求められる。
固体電解質１２の抵抗
＝固体電解質１２の厚み／（固体電解質１２の導電率×固体電解質１２の表面積） …（６）
固体電解質１２では、薄肉部３４と厚肉部３２とが存在するため、固体電解質１２の単位面積当たりのコンダクタンスは、薄肉部占有面積率を考慮しなければならない。薄肉部３４と厚肉部３２とでは、厚みが相違するために抵抗が相違するからである。すなわち、固体電解質１２の場合、全薄肉部３４における抵抗と全厚肉部３２における抵抗との和が固体電解質１２の抵抗となる。換言すれば、次の式（７）が成り立つ。
固体電解質１２の抵抗
＝全薄肉部３４における抵抗＋全厚肉部３２における抵抗
＝｛（薄肉部３４の厚さ×薄肉部占有面積率×０．０１）／（固体電解質１２の導電率×固体電解質１２の表面積）｝＋
｛（厚肉部３２の厚さ×厚肉肉部占有面積率×０．０１）／（固体電解質１２の導電率×固体電解質１２の表面積）｝ …（７）
式（７）から、薄肉部３４及び厚肉部３２を有する固体電解質１２の抵抗を求めることができる。同様にして、残余のアノード側電極１４、カソード側電極１６及び中間層５０の各抵抗を求め、その抵抗から、上記式（５）によってコンダクタンスを求める。
例えば、Ｓｃ2Ｏ3をドープした安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）からなり、導電率が０．０６８２Ｓ／ｃｍ、平面寸法に基づく表面積が１０ｃｍ2である固体電解質１２において、厚み１００μｍの薄肉部３４と厚み２００μｍの厚肉部３２が存在し、且つ薄肉部占有面積率が８０％である場合、厚みを導電率で除した面積抵抗率をさらに面積で除して薄肉部３４、厚肉部３２の各抵抗は、それぞれ、１４．７ｍΩ、２９．３ｍΩであるから、固体電解質１２の理論抵抗は、
１４．７×０．８＋２９．３×（１−０．８）＝１７．６２［ｍΩ］
となる。
理論コンダクタンスは、理論抵抗の逆数であるから、１／（１７．６２×１０-3）＝５６．７５Ｓである。固体電解質１２の表面積は、上記したように１０ｃｍ2であるから、単位面積当たりのコンダクタンスは、５．６７５Ｓ／ｃｍ2である。このように、薄肉部３４を設けることで、固体電解質１２のコンダクタンスを向上させることができる。
この値に対し、式（５）に示すように、アノード側電極１４の材料抵抗とカソード側電極１６の材料抵抗、中間層５０の材料抵抗がさらに加えられることで、電解質・電極接合体１８としての抵抗が求められ、結果として、電解質・電極接合体１８としての単位面積当たりの理論コンダクタンスが求められる。
なお、図１に示すように中間層５０が存在しない場合には、中間層５０の材料抵抗、ひいてはコンダクタンスを考慮する必要がないことはいうまでもない。また、中間層５０以外の層が存在する場合、当該層の材料抵抗、ひいてはコンダクタンスを考慮することは勿論である。
すなわち、本実施の形態では、固体電解質１２のみのコンダクタンスではなく、アノード側電極１４及びカソード側電極１６を含めた電解質・電極接合体１８全体のコンダクタンスが設定される。さらに、各層間の界面抵抗や、セパレータ２０ａ、２０ｂとの接触抵抗等を含めたコンダクタンスを設定するようにしてもよい。従って、固体電解質１２のコンダクタンスのみを考慮して電解質・電極接合体を設けた後に該電解質・電極接合体のコンダクタンスが予測値を下回ることを回避することができ、結局、ＳＯＦＣの発電特性を確保することができる。
しかも、本実施の形態においては、厚肉部３２が存在することによって電解質・電極接合体１８に十分な強度が発現する。結局、本実施の形態によれば、優れた強度を有し、且つ発電反応の促進に十分なコンダクタンスを示す電解質・電極接合体１８が構成される。
ＳＯＦＣは、上記のように構成された単位セル１０が所定個数だけ積層されることによって構成される。そして、前記第１溝２４に燃料ガス（例えば、水素含有ガス）が流通されるとともに前記第２溝２６に酸化剤ガス（例えば、空気）が流通されて運転が開始される。
この運転の際、カソード側電極１６では、セパレータ２０ｂを介して該カソード側電極１６に到達した電子と、酸化剤ガス中の酸素との反応が起こり、その結果、酸化物イオン（Ｏ2-）が生成する。この酸化物イオンは、固体電解質１２内を伝導してアノード側電極１４に到達し、該アノード側電極１４に供給された燃料ガス中の水素と反応を起こす。これにより、水分（水蒸気）と電子が生成する。このうち、電子は、ＳＯＦＣに電気的に接続された外部負荷を付勢する電気エネルギとして使用された後、セパレータ２０ｂを介してカソード側電極１６に到達する。
この際、本実施の形態では、固体電解質１２に円柱状凹部３０、すなわち、薄肉部３４が存在するためにアノード側電極１４に陥没部が存在するので（図１参照）、アノード側電極１４で発生した水蒸気を容易に排出することができる。
また、円柱状凹部３０の底面及び側壁面にもアノード側電極１４が形成されているので、円柱状凹部３０が存在しない固体電解質にアノード側電極１４を形成した場合に比してアノード側電極１４の電極面積が大きくなる。従って、アノード側電極１４と燃料ガスとの接触面積が大きくなり、その結果、反応効率が向上するという利点がある。
なお、図１及び図２に示す電解質・電極接合体１８では、アノード側電極１４に臨む側の端面に円柱状凹部３０を形成することで薄肉部３４を設けるようにしているが、薄肉部３４は、カソード側電極１６に臨む側の端面に円柱状凹部３０を形成することで設けるようにしてもよいし、アノード側電極１４に臨む側の端面及びカソード側電極１６に臨む側の端面の双方に円柱状凹部３０を形成することで設けるようにしてもよい。
また、薄肉部３４を設けるための形状は円柱状凹部３０に特に限定されるものではなく、図３に示すように、複数個の凹部４２を放射状に設けるようにしてもよいし、図４〜図６に示すように、直線状溝４４、四角形状陥没部４６、螺旋溝４８等を設けるようにしてもよい。
ここで、例えば、固体電解質１２とカソード側電極１６の材質によっては、電解質・電極接合体１８の作製時に両者が反応することもある。これを回避するべく、図７に示すように、固体電解質１２とカソード側電極１６との間に、反応防止層として機能する中間層５０を設けるようにしてもよい。勿論、固体電解質１２とアノード側電極１４との間に中間層５０を設けるようにしてもよく、固体電解質１２とアノード側電極１４及びカソード側電極１６のそれぞれとの間に中間層５０を設けるようにしてもよい。いずれの場合においても、電解質・電極接合体１８の材料抵抗には、上記したように中間層５０の材料抵抗が加味される。
上記のように構成された電解質・電極接合体１８は、例えば、以下の第１〜第３の製造方法によって製造することができる。
第１の製造方法は、そのフローチャートである図８に示すように、固体電解質１２を作製する第１工程ＳＡ１と、固体電解質１２に薄肉部３４を設ける第２工程ＳＡ２と、薄肉部３４が設けられた固体電解質１２に対して焼成処理を施す第３工程ＳＡ３と、固体電解質１２の各端面にアノード側電極１４及びカソード側電極１６を設ける第４工程ＳＡ４とを有する。
先ず、第１工程ＳＡ１において、固体電解質となる材質、例えば、安定化ジルコニア、もしくはランタンガレート系複合酸化物、ＹＤＣの粉末等を圧縮成形する。これにより、基板としての固体電解質１２が形成される。上記したように、この際の平面寸法に基づいて算出される表面積が、薄肉部３４が設けられた後においても固体電解質１２の表面積となる。また、上記した理由から、固体電解質１２の焼成後の厚みは６０〜５００μｍであることが好ましい。
次いで、第２工程ＳＡ２において、この固体電解質１２の少なくとも一端面を陥没させて円柱状凹部３０を設ける。この際には、例えば、機械加工を行えばよい。
円柱状凹部３０が陥没形成された部位が、薄肉部３４となる。上記したように、焼成後の薄肉部占有面積率は９０％以内であることが好ましいことから、円柱状凹部３０（薄肉部３４）を設けるための加工は、焼成後の薄肉部占有面積率が９０％を超えることのないように終了することが好ましい。また、薄肉部３４の厚みは、焼成後に少なくとも５μｍとなるようにすればよい。なお、加工が何ら施されずに薄肉部３４が設けられなかった部位は、厚肉部３２となる。
次いで、第３工程ＳＡ３において、薄肉部３４が設けられた固体電解質１２に対して焼成処理を施す。その結果、高強度と高コンダクタンスを兼ね備えた固体電解質１２が作製される。
最後に、第４工程ＳＡ４において、固体電解質１２の一端面側にアノード側電極１４を設ける一方、他端面側にカソード側電極１６を設ける。この際には、いわゆる焼き付けを行えばよい。焼き付けは、例えば、スクリーン印刷、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）法、スパッタリング、溶射、スラリーコート、電気泳動法等の各種塗布法で固体電解質１２の一端面側にアノード側電極１４を塗布する一方で他端面側にカソード側電極１６を塗布し、その後に行えばよい。又は、アノード側電極１４を焼き付けた後に他端面側にカソード側電極１６を塗布し、その後にカソード側電極１６の焼き付けを行うようにしてもよい。いずれの場合においても、アノード側電極１４とカソード側電極１６の形成順序を逆にすることができる。必要に応じ、アノード側電極１４又はカソード側電極１６の少なくともいずれか一方と固体電解質１２との間に中間層５０を設ける工程をおこなってもよい。
さらに、固体電解質１２の少なくとも一端面、例えば、カソード側電極１６に臨む側の端面に中間層５０（図７参照）を設けるようにしてもよい。
第１の製造方法では、図８に示すように、上記第２工程ＳＡ２と上記第３工程ＳＡ３の順序を逆にしてもよい。すなわち、固体電解質１２を焼成処理し（第３工程ＳＡ３）、その後に該固体電解質１２の少なくとも一端面を陥没させて薄肉部３４を設ける（第２工程ＳＡ２）を行うようにしてもよい。
次に、第２の製造方法につき、そのフローチャートである図９を参照して説明する。この第２の製造方法では、固体電解質がシート体から設けられる。
すなわち、先ず、第１工程ＳＢ１において、上記したような粉末をシート状に成形し、シート体を複数枚作製する。次に、第２工程ＳＢ２において、前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体電解質１２を設ける。ここで、圧着成形には、ホットプレス、常温プレス、静水圧プレス（ＣＩＰ）等が含まれる。
以降、第１の製造方法における第２工程ＳＡ２〜第４工程ＳＡ４に準拠して第３工程ＳＢ３〜第５工程ＳＢ５が実施される。すなわち、第３工程ＳＢ３で、例えば、機械加工によって固体電解質１２に薄肉部３４が設けられ、第４工程ＳＢ４で薄肉部３４が設けられた固体電解質１２に焼成処理が施され、最後に、第５工程ＳＢ５でアノード側電極１４及びカソード側電極１６が設けられる。
第２の製造方法では、シート体の少なくとも１枚の一端面を陥没させ、その後にシート体同士を積層して固体電解質１２を設け、この固体電解質１２に対して焼成処理を施すようにしてもよい。
また、第２の製造方法に係る変形例では、第３工程ＳＢ３と第４工程ＳＢ４の順序を逆にすることもできる。
いずれの場合においても、第５工程ＳＢ５におけるアノード側電極１４及びカソード側電極１６の作製手順に関し、第１の製造方法の第４工程ＳＡ４と同様の手順を経ることができる。勿論、必要に応じ、アノード側電極１４又はカソード側電極１６の少なくともいずれか一方と固体電解質１２との間に中間層５０を設ける工程をおこなってもよい。
次に、第３の製造方法につき説明する。第３の製造方法は、そのフローチャートである図１０に示すように、少なくとも一端面に造孔剤が埋設された固体電解質１２を作製する第１工程ＳＣ１と、該固体電解質１２に対して焼成処理を行って前記造孔剤を消失させることで薄肉部３４を設ける第２工程ＳＣ２と、固体電解質１２の各端面にアノード側電極１４及びカソード側電極１６を設ける第３工程ＳＣ３とを有する。
この場合、第１工程ＳＣ１において、固体電解質となる粉末をプレス成形機のキャビティに充填した後、該粉末の上端面に造孔剤を埋設する。その後、前記粉末に対して圧縮成形を行い、固体電解質１２とする。
次いで、第２工程ＳＣ２において、固体電解質１２に対して焼成処理を施す。この過程で、前記造孔剤が燃焼して固体電解質１２から除去される。すなわち、固体電解質１２には、造孔剤が存在していた箇所に穴部が形成され、結局、薄肉部３４が設けられる。
このように、第３の製造方法では、固体電解質１２に対して機械加工等を施すことなく薄肉部３４を設けることが可能である。従って、機械加工等を施す時間が短縮され、薄肉部３４と厚肉部３２を有する固体電解質１２を効率的に作製することができる。また、固体電解質１２の端面中、造孔剤によって生じた穴部とは反対側の端面を研削することで薄肉部３４を設けるようにしてもよい。この場合、薄肉部３４の厚みを比較的小さくすることができ、結局、コンダクタンスを大きくすることができる。
なお、固体電解質１２の両端面に穴部を形成する場合、第１工程ＳＣ１において、プレス成形機のキャビティに造孔剤を収容した後に固体電解質１２となる粉末を充填し、さらに、該粉末における露呈した上端面に造孔剤を埋設すればよい。
このようにして薄肉部３４が設けられた固体電解質１２に対し、第３工程ＳＣ３において、アノード側電極１４及びカソード側電極１６を設ける。この第３工程ＳＣ３は、第１の製造方法の第４工程ＳＡ４、及び第２の製造方法の第５工程ＳＢ５に準拠して行えばよい。勿論、必要に応じ、アノード側電極１４又はカソード側電極１６の少なくともいずれか一方と固体電解質１２との間に中間層５０を設ける工程をおこなってもよい。
第２の製造方法のようにシート体を使用し、且つ第３の製造方法のように造孔剤を用いて薄肉部３４を設けるようにしてもよいし、シート体に予め穴部を設けておいてもよい（図１０参照）。この場合、造孔剤を添加したシートと、添加していないシートとを積層した後に、ホットプレス等の圧着成形を行って固体電解質１２を設けるようにすればよい。
いずれの場合においても、電解質・電極接合体１８のコンダクタンスが２〜３０Ｓ／ｃｍ2の範囲内となるように、固体電解質１２における厚肉部３２及び薄肉部３４の厚み、薄肉部占有面積率（円柱状凹部３０等の各種陥没部の個数及び面積）、アノード側電極１４及びカソード側電極１６の厚み、固体電解質１２、アノード側電極１４及びカソード側電極１６の材質が適宜設定される。
以上のようにして、優れた強度と十分なコンダクタンスを兼ね備える電解質・電極接合体１８が構成される。
なお、上記した実施の形態では、アノード側電極１４における円柱状凹部３０に対応する箇所を陥没させるようにしている（図１参照）が、図１１に示すように、円柱状凹部３０の陥没を充填し、且つセパレータ２０ａに臨む面が平坦なアノード側電極１４を形成するようにしてもよい。この場合、アノード側電極１４とセパレータ２０ａとの接触面積が大きくなるので集電効率が大きくなるという利点がある。
また、固体電解質１２において、カソード側電極１６に臨む側の端面に円柱状凹部３０を設け、カソード側電極１６における円柱状凹部３０に対応する箇所を陥没させるようにしてもよい。この場合、酸化物イオンの反応場が大きくなるので反応効率が向上する。
又は、図１２に示すように、固体電解質１２におけるカソード側電極１６に臨む側の端面に設けられた円柱状凹部３０ないしはその他の陥没を充填し、且つセパレータ２０ａに臨む面が平坦なカソード側電極１６を形成するようにしてもよい。
さらにまた、固体電解質１２におけるアノード側電極１４及びカソード側電極１６に臨む側の各端面を双方とも陥没させるようにしてもよいし、図１３に示すように、固体電解質１２におけるアノード側電極１４及びカソード側電極１６に臨む側の各端面に設けられた円柱状凹部３０ないしはその他の陥没を充填し、且つセパレータ２０ａ、２０ｂに臨む面が平坦なアノード側電極１４及びカソード側電極１６を形成するようにしてもよい。
いずれの場合においても、例えば、固体電解質１２とカソード側電極１６との間に中間層５０を介在させるようにしてもよい（図１２及び図１３参照）。
Ｓｃ2Ｏ3が１０モル％ドープされた安定化ジルコニア（１０ＳｃＳＺ）の粉末を、１軸ハンドプレス成形機を用いて直径６０ｍｍ、厚み２ｍｍのディスク体に成形することで固体電解質とした。次いで、この固体電解質を１５００℃に保持することで焼成処理を施した後、平面研削機によって厚みが２５０μｍとなるまで平面研削加工を行った。
次いで、固体電解質の一端面に、ＮＣフライス盤又はグライディングセンタを用いて円柱状の凹部を設ける研削加工を施した。ここで、円柱状凹部の深さは１００μｍとし、且つ、固体電解質の表面積の４５％に円柱状凹部（図２参照）が設けられるようにした。
次いで、この固体電解質の他端面にＳＤＣをスクリーン印刷にて塗布した後、１４５０℃で焼き付けを行い、中間層を設けた。
次いで、円柱状凹部が設けられた前記一端面及び前記円柱状凹部の表面にペースト状のＮｉ−ＳＤＣを均一に塗布した後、１２５０℃で焼き付けることでアノード側電極を形成した。
さらに、前記中間層上にＬａ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3（ＬＳＭ）をスクリーン印刷にて塗布した後、１１００℃で焼き付けることでカソード側電極を作製し、電解質・電極接合体を構成した。
以上の電解質・電極接合体につき単位面積当たりのコンダクタンスを算出したところ、３．４７Ｓ／ｃｍ2であった。また、アノード側電極に燃料ガスとして水素を２．８６ｍｌ／ｃｍ2供給して効率を実測したところ、３４．４％という比較的高い値が得られた。
１０ＳｃＳＺの粉末をドクターブレード法にてシート状に成形し、第１シート状成形体及び第２シート状成形体を得た。第１シート状成形体は、焼成後の厚みが１０μｍとなる厚みに設定した。また、第２シート状成形体は、焼成後の厚みが４５μｍとなる厚みに設定するとともに、開口面積が９０％となるハニカム形状に加工した。
その一方で、Ｙ2Ｏ3が３モル％ドープされた安定化ジルコニアの粉末をドクターブレード法にてシート状に成形し、焼成後の厚みが５μｍの第３シート状成形体を得た。
次いで、第２シート状成形体、第１シート状成形体、第３シート成形体の順序で積層するとともに、第２シート状成形体のハニカム形状面を露呈させた。この積層体をホットプレスによって圧着成形して固体電解質とし、さらに、一辺が１００ｍｍの正方形に加工した後、１５００℃で焼成処理を施した。
次いで、この固体電解質における第３シート状成形体上にＳＤＣをスクリーン印刷にて塗布した後、１４５０℃で焼き付けを行い、中間層を設けた。
次いで、第２シート状成形体のハニカム形状面及び内部にペースト状のＮｉ−ＳＤＣを均一に塗布した後、１３００℃で焼き付けることでアノード側電極を形成した。
さらに、前記中間層上にＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3（ＬＳＣＦ）をスクリーン印刷にて塗布した後、１１００℃で焼き付けることでカソード側電極を作製し、電解質・電極接合体を構成した。
この電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値は、２１．５Ｓ／ｃｍ2であった。また、実施例１と同様にして効率を実測したところ、４３．１％という高い値を示した。
Ｌａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3-δ（ＬＳＧＭ）の粉末を、１軸ハンドプレス成形機を用いて直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍのディスク体に成形することで固体電解質とした。次いで、この固体電解質を１５００℃に保持することで焼成処理を施した後、平面研削機によって厚みが４００μｍとなるまで平面研削加工を行った。
次いで、ＮＣフライス盤又はグライディングセンタを用いる研削加工によって、前記固体電解質の一端面に深さ１６５μｍの六角柱状凹部を設けた。なお、固体電解質に対する六角柱状凹部の占有面積率を８５％とした。
さらに、平坦な他端面側から平面研削機による研削加工を行い、六角柱状凹部が設けられていない部位（厚肉部）の厚みを２００μｍとした。
次いで、六角柱状凹部が設けられた一端面と内部にペースト状のＮｉ−ＳＤＣを均一に塗布した後、１２５０℃で焼き付けることでアノード側電極を形成した。
そして、平坦な他端面にＬａ0.5Ｓｒ0.5ＭｎＯ3（ＬＳＭ）をスクリーン印刷にて塗布し、１１００℃で焼き付けることでカソード側電極を作製して、電解質・電極接合体を構成した。
この電解質・電極接合体につき単位面積当たりのコンダクタンスを算出したところ、１３．３９Ｓ／ｃｍ2であった。また、アノード側電極に燃料ガスとして水素を２．８６ｍｌ／ｃｍ2供給して効率を実測したところ、３１．８％であった。
実施例１と同様にして、１０ＳｃＳＺからなり、図４に示す直線状溝が一端面にのみ設けられた固体電解質を作製した。なお、直線状溝が存在する部位（薄肉部）の厚みを５０μｍとする一方、直線状溝が存在しない部位（厚肉部）の厚みを１００μｍとし、且つ、固体電解質の表面積の６０％に直線状溝（図４参照）が設けられるようにした。
次いで、該固体電解質における直線状溝が存在する側の端面にＳＤＣをスクリーン印刷にて塗布した後、１４５０℃で焼き付けを行い、中間層を設けた。
次いで、直線状溝が存在しない側の端面にペースト状のＮｉ−ＳＤＣを均一に塗布した後、１２５０℃で焼き付けることでアノード側電極を形成した。
さらに、前記中間層上にＬＳＭをスクリーン印刷にて塗布した後、１１００℃で焼き付けることでカソード側電極を作製し、図１２に示す構成の電解質・電極接合体を得た。なお、該カソード側電極におけるセパレータを臨む側の端面は、平坦化した。
以上の電解質・電極接合体につき単位面積当たりのコンダクタンスを算出したところ、９．３４Ｓ／ｃｍ2であった。
実施例１と同様にして、厚み１５０μｍの１０ＳｃＳＺからなる固体電解質を作製した。その後、該固体電解質の両端面に加工を施し、図２に示す円柱状凹部を形成した。各円柱状凹部（図２参照）の深さは２５μｍとし、且つ、固体電解質の表面積の４０％に該円柱状凹部が設けられるようにした。
この場合、一端面の円柱状凹部と他端面の円柱状凹部とを互いに対応する位置に設け、これにより、両端面の円柱状凹部同士の間の部位を薄肉部とするとともに、円柱状凹部が存在しない部位を厚肉部とした。すなわち、薄肉部及び厚肉部の厚みは、ぞれぞれ、１００μｍ、１５０μｍであった。
次いで、該固体電解質の一端面にセリア系酸化物（ＧＤＣ）をスクリーン印刷にて塗布した後、１４５０℃で焼き付けを行って中間層を設けた。
次いで、固体電解質の他端面にペースト状のＮｉ−ＳＤＣを均一に塗布した後、１２５０℃で焼き付けることでアノード側電極を形成した。
さらに、前記中間層上にＬＳＣＦをスクリーン印刷にて塗布した後、１１００℃で焼き付けることでカソード側電極を作製し、図１３に示す構成の電解質・電極接合体を得た。なお、アノード側電極及びカソード側電極の双方とも、セパレータを臨む側の端面を平坦化した。
この電解質・電極接合体につき単位面積当たりのコンダクタンスは、５．１３Ｓ／ｃｍ2であった。
比較例１
Ｙ2Ｏ3が８モル％ドープされた安定化ジルコニアの粉末を、１軸ハンドプレス成形機を用いて直径８０ｍｍ、厚み２ｍｍのディスク体に成形し、さらに、１４５０℃で焼成処理を施した後、平面研削機によって厚みが１５０μｍとなるまで平面研削加工を行った。
次いで、この固体電解質の一端面にＳＤＣをスクリーン印刷にて塗布した後、１４５０℃で焼き付けを行い、中間層を設けた。
次いで、他端面にＮｉ−ＳｃＳＺをスクリーン印刷にて塗布した後、１３００℃で焼き付けることでアノード側電極を形成した。
さらに、前記中間層上に（ＬＳＣＦ）をスクリーン印刷にて塗布した後、１１００℃で焼き付けることでカソード側電極を作製し、電解質・電極接合体を構成した。
この電解質・電極接合体では、単位面積当たりのコンダクタンスの算出値は僅かに１．５８Ｓ／ｃｍ2であった。また、実施例１、２に準拠して効率を実測しても、２４．７％であった。
比較例２
Ｌａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3-δ（ＬＳＧＭ）の粉末をドクターブレード法でシート状に成形し、第１シート状成形体及び第２シート状成形体を得た。第１シート状成形体は、焼成後の厚みが８０μｍとなる厚みに設定した。また、第２シート状成形体は、焼成後の厚みが８０μｍとなる厚みに設定する一方、焼成後の面積の８０％に穴部が形成される量のカーボン造孔剤を添加した。なお、カーボン造孔剤は、第２シート状成形体の焼成後の厚みに比して粒径が大きいものを選定した。
次いで、第１シート状成形体、第２シート状成形体の順序で積層し、ホットプレスによって圧着成形して固体電解質とした後、１５００℃で焼成処理を施した。この際、造孔剤によって第２シート状成形体のみに貫通孔が形成されることで固体電解質に薄肉部が生じた。
次いで、この固体電解質の厚肉部の厚みが４０μｍ、薄肉部の厚みが２０μｍとなるように個体電解質の両端面から平面研削を施したところ、クラックが生じた。
この場合、固体電解質のみの単位面積当たりのコンダクタンスの算出値は、３２．７Ｓ／ｃｍ2であった。このことから、固体電解質の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が過度に大きいと、電解質・電極接合体を得ることが容易でなくなると推察される。
本実施の形態に係る電解質・電極接合体を具備するＳＯＦＣの単位セルの要部概略縦断面図である。 図１の電解質・電極接合体を構成する固体電解質の平面図である。 別の固体電解質の平面図である。 また別の固体電解質の平面図である。 さらに別の固体電解質の平面図である。 さらにまた別の固体電解質の平面図である。 中間層を具備するＳＯＦＣ用単位セルの要部概略縦断面図である。 第１の製造方法のフローチャートである。 第２の製造方法のフローチャートである。 第３の製造方法のフローチャートである。 別の実施の形態に係る電解質・電極接合体を具備するＳＯＦＣの単位セルの要部概略縦断面図である。 また別の実施の形態に係る電解質・電極接合体を具備するＳＯＦＣの単位セルの要部概略縦断面図である。 さらに別の実施の形態に係る電解質・電極接合体を具備するＳＯＦＣの単位セルの要部概略縦断面図である。
符号の説明
１０…単位セル １２、３６…固体電解質
１４…アノード側電極 １６…カソード側電極
１８…電解質・電極接合体 ２０ａ、２０ｂ…セパレータ
２４…第１溝 ２６…第２溝
３０…円柱状凹部 ３２…厚肉部
３４…薄肉部 ４０…環状凹部
４２…凹部 ４４…直線状溝
４６…四角形状陥没部 ４８…螺旋溝
５０…中間層

Claims (11)

  1. アノード側電極とカソード側電極とで固体酸化物電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体であって、
    前記固体酸化物電解質が、安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウムのいずれかからなり、
    前記固体酸化物電解質における前記アノード側電極に臨む側の端面、又はカソード側電極に臨む側の端面の少なくともいずれか一方に、厚肉部と、前記厚肉部に比して厚みが小さい薄肉部とが設けられ、
    前記厚肉部の厚みが、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、且つ６０〜５００μｍの範囲内であり、
    前記薄肉部の厚みが５μｍ以上、且つ占有面積率が９０％以下であり、
    さらに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極は、前記薄肉部に対応する箇所が陥没することにより凹部を有し、
    単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２であることを特徴とする電解質・電極接合体。
  2. 請求項１記載の電解質・電極接合体において、前記固体酸化物電解質中に前記薄肉部が占める面積割合が前記固体酸化物電解質の表面積の９０％以内であることを特徴とする電解質・電極接合体。
  3. 請求項１又は２記載の電解質・電極接合体において、前記厚肉部の厚みが６０〜５００μｍであることを特徴とする電解質・電極接合体。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解質・電極接合体において、前記薄肉部の厚みが５μｍ以上であることを特徴とする電解質・電極接合体。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電解質・電極接合体において、前記薄肉部が前記アノード側電極に臨む側の端面に設けられていることを特徴とする電解質・電極接合体。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電解質・電極接合体において、前記固体酸化物電解質と、前記カソード側電極又は前記アノード側電極の少なくともいずれか一方との間に中間層が設けられていることを特徴とする電解質・電極接合体。
  7. アノード側電極とカソード側電極とで固体酸化物電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
    安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウムのいずれかの粉末を圧縮成形することで固体酸化物電解質を作製する工程と、
    前記固体酸化物電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けるとともに残余の部位を厚肉部とした後に焼成処理を行うか、又は、前記固体酸化物電解質を焼成処理した後に該固体酸化物電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とする工程と、
    前記厚肉部に比して厚みが小さいアノード側電極を前記固体酸化物電解質の一端面に設ける一方、前記厚肉部に比して厚みが小さいカソード側電極を前記固体酸化物電解質の残余の他端面に設けるとともに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成する工程と、
    を有し、
    前記厚肉部の厚みを、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、且つ６０〜５００μｍの範囲内とするとともに、前記薄肉部の厚みを５μｍ以上、且つ占有面積率を９０％以下とし、さらに、電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
  8. アノード側電極とカソード側電極とで固体酸化物電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
    安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウムのいずれかの粉末をシート状に成形することでシート体を作製する工程と、
    前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体酸化物電解質を設ける工程と、
    前記固体酸化物電解質に対して焼成処理を施す工程と、
    アノード側電極を前記固体酸化物電解質の一端面に設ける一方、カソード側電極を前記固体酸化物電解質の残余の他端面に設ける工程と、
    を有し、
    前記シート体の少なくとも１枚の一端面を陥没させるか、前記固体酸化物電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とした後に前記焼成処理を行うとともに、前記アノード側電極及び前記カソード側電極を、前記厚肉部に比して厚みを小さくし、且つ前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成し、
    前記厚肉部の厚みを、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、且つ６０〜５００μｍの範囲内とするとともに、前記薄肉部の厚みを５μｍ以上、且つ占有面積率を９０％以下とし、さらに、電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
  9. アノード側電極とカソード側電極とで固体酸化物電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
    安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウムのいずれかの粉末をシート状に成形することでシート体を作製する工程と、
    前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体酸化物電解質を設ける工程と、
    前記固体酸化物電解質に対して焼成処理を施す工程と、
    アノード側電極を前記固体酸化物電解質の一端面に設ける一方、カソード側電極を前記固体酸化物電解質の残余の他端面に設ける工程と、
    を有し、
    前記固体酸化物電解質を焼成処理した後に該固体酸化物電解質の少なくとも一端面を陥没させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とするとともに、前記アノード側電極及び前記カソード側電極を、前記厚肉部に比して厚みを小さくし、且つ前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成し、
    前記厚肉部の厚みを、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、且つ６０〜５００μｍの範囲内とするとともに、前記薄肉部の厚みを５μｍ以上、且つ占有面積率を９０％以下とし、さらに、電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
  10. アノード側電極とカソード側電極とで固体酸化物電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
    安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウムのいずれかの粉末の少なくとも一端面に造孔剤を埋設した後に圧縮成形することで固体酸化物電解質を作製する工程と、
    前記固体酸化物電解質に焼成処理を行って前記造孔剤を消失させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とする工程と、
    前記厚肉部に比して厚みが小さいアノード側電極を前記固体酸化物電解質の一端面に設ける一方、前記厚肉部に比して厚みが小さいカソード側電極を前記固体酸化物電解質の残余の他端面に設けるとともに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成する工程と、
    を有し、
    前記厚肉部の厚みを、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、且つ６０〜５００μｍの範囲内とするとともに、前記薄肉部の厚みを５μｍ以上、且つ占有面積率を９０％以下とし、さらに、電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
  11. アノード側電極とカソード側電極とで固体酸化物電解質を挟んで形成される電解質・電極接合体の製造方法であって、
    安定化ジルコニア、ランタンガレート系複合酸化物、酸化イットリウムがドープされた酸化セリウムのいずれかの粉末をシート状に成形することで複数枚のシート体を作製するとともに、前記シート体の少なくとも１枚を、造孔剤を添加したものとして得る工程と、
    前記シート体を複数枚積層して圧着成形を行うことで固体酸化物電解質を設ける工程と、
    前記固体酸化物電解質に対して焼成処理を施して前記造孔剤を消失させることで薄肉部を設けて残余の部位を厚肉部とする工程と、
    前記厚肉部に比して厚みが小さいアノード側電極を前記固体酸化物電解質の一端面に設ける一方、前記厚肉部に比して厚みが小さいカソード側電極を前記固体酸化物電解質の残余の他端面に設けるとともに、前記アノード側電極又は前記カソード側電極に、前記薄肉部に対応する箇所が陥没した凹部を形成する工程と、
    を有し、
    前記厚肉部の厚みを、前記アノード側電極及び前記カソード側電極に比して大きく、且つ６０〜５００μｍの範囲内とするとともに、前記薄肉部の厚みを５μｍ以上、且つ占有面積率を９０％以下とし、さらに、電解質・電極接合体の単位面積当たりのコンダクタンスの算出値が２〜２１．５Ｓ／ｃｍ２となるように前記アノード側電極及びカソード側電極の材質と厚みを設定することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
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